Operator Pattern：用 Go 扩展 K8s 的最佳实践 吴学强 ApeCloud KubeBlocks Maintainer & 研发总监 目 录 认识我们 00 什么是 Operator 01 Operator 基础模型 02 Operator 最佳实践 03 我们是谁 云猿生（ApeCloud）是一家提供数据库内核与管理平台的基 础软件开发商. KubeBlocks Operator Pattern 2015.11 2016.12 2017.12 Now K8s 1.1 版本中正式推出 TPR （ThirdPartyResource），首次尝 试解决 K8s API 的扩展性问题， 但存在诸多问题，Alpha 阶段既 夭折 CoreOS 提出 Operator 概念，用 于管理和运行基于应用程序领 域的复杂有状态应用程序。 给出了用 TPR + controller- 会错误生成 Delete Action，执行时同样会报对象不存在错。 根据上述分析，stale cache 确实会有问题，如何补救？先看一个 stale 对象。 如下图所示，某个版本为3（gen=3）的集群（Cluster）中有一个 stale 对象，即 StatefulSet (gen=2)。 Controller-runtime 的 Reconcile 过程是一个 EDA 模型，当该 stale 对象的更新到达

Storage, DNS, Load Balancer, Security) master master api api © 2017 Rancher Labs, Inc. Kubernetes 1.7的扩展特性 • API aggregation(beta) • CustomResourceDefinitions(beta) • Support for extensible admission controllers

1 阿里云 — 云原生应用平台团队 孙健波/周正喜 基于 Kubernetes 构建标准可扩展的云原生应用管理平台 2 3 有奖品？ 我的工作内容？ • 构建云原生应用管理平台 @ 阿里巴巴 Kubernetes 工程师 PaaS 工程师 基础设施运维工程师 … YAML 工程师 我们是如何构建的？ PaaS Serverless Operator Platform 研发与运维人员日益增长的应用管理诉求 传统 PaaS 有限的、不可扩展的专有API 与能力 K8s 生态“无限”的应用基础设施能力 不停构建“PaaS”平台不是“银弹” 与其 基于 K8s 构建平台 不如 把 K8s 变成面向开发者的平台 构建一个具备“以应用为中心的 API 抽象”、“用户友好” 且“高度可扩展”的 K8s！ 以应用为中心的 API 抽象 • 应用的工作负载和运维能力的抽象程度越高，用户体验越好 route $ rio up riofile 抽象程度 vs 可扩展性 • 随着抽象程度的增高可以显著降低学习曲线，但是却不得不在扩展性上妥协 抽象程度 可扩展性 高 低 低 高 CRD + Controllers = Everything 通过编写遵循严格限制 的 Buildpack 和 Addon 进行扩展 没有直接扩展 工作负载 和 运维能力 的途径 通过 annotations

Table of Contents Introduction 01-什么是Kubernetes 02-安装单机版Kubernetes 03-使⽤Kubespray部署⽣产可⽤的Kubernetes集群（1.11.2） 04-K8s组件 05-Kubernetes API 06-理解K8s对象 07-Name 08-Namespace 09-Label和Selector 10-Annotation Kubernetes是⼀个旨在⾃动部署、扩展和运⾏应⽤容器的开源平台 。 使⽤Kubernetes，您可以快速有效地回应客户需求： 快速、可预测地部署应⽤。 动态缩放您的应⽤。 ⽆缝地推出新功能。 仅对需要的资源限制硬件的使⽤ 我们的⽬标是构建⼀个⽣态系统，提供组件和⼯具以减轻在公共和私有云中运⾏应⽤程序的负担。 Kubernetes是 可移植: 共有、私有、混合、多云 可扩展: 模块化、可插拔、提供Hook、可组合 01-什么是Kubernetes 5 资源隔离：可预测的应⽤程序性能。 资源利⽤：效率⾼，密度⾼。 为什么我需要Kubernetes，它能⼲啥？ 最基本的功能：Kubernetes可在物理机或虚拟机集群上调度和运⾏应⽤容器。然⽽，Kubernetes还允许开发⼈员将物理 机以及虚拟机 “从主机为中⼼的基础设施转移到以容器为中⼼的基础设施”，从⽽提供容器固有的全部优势。 Kubernetes提供

4 www.h3c.com Confidential 秘密 44 Kubernetes基础结构介绍 Kubernetes（来自希腊语，意为“舵手”或者“飞行员”又称为k8s），它是谷歌开源的容器集群管理系统，是谷歌多年大规模 容器管理技术Borg的开源版本。是目前最流行的容器编排技术。 它由谷歌在2014年首次对外宣布 。它的开发和设计都深受谷歌的Borg系统的影响，它的许多 顶级贡献者之前 也提供稳定、兼容的基础（平台），用于构建定制化的workflows 和更 高级的自动化任务。Kubernetes 具备完善的集群管理能力，包括多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明 的服务注册和服务发现机制、内建负载均衡器、故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容、可扩展的资源自动调度 机制、多粒度的资源配额管理能力。 Kubernetes 还提供完善的管理工具，涵盖开发、部署测试、运维监控等各个环节。 Kubernetes特性： 自动装箱：构建于容器之上，基于资源依赖和其他约束自动完成容器部署。 自我修复：容器故障后自动重启、节点故障后重新调度容器，以及容器自我修复机制。 水平扩展：通过简单明了实现水平扩展，基于CPU等资源负载率的自动水平扩展。 服务发现和负载均衡：实现内部负载均衡可以实现服务访问负载。 自动发布和回滚：可以自动实现版本的发布和回滚。 秘钥和配置管理：对于密码等信息，专门提供了Secert对象为其解耦。

简介 DaoCloud Enterprise 5.0（DCE 5.0）是一款高性能、可扩展的云原生操作系统。 它能够在任何基础设施和任意环境中提供一致、稳定的体验，支持异构云、边 缘云和多云编排。 DCE 5.0 集成了最新的服务网格和微服务技术，能够跟踪每 一个流量的生发始终， 帮助您洞察集群、节点、应用和服务的详细指标，并通 过动态仪表盘和拓扑大图可视化掌握应用健康状态。 DCE 芒，全新 搭建的新一代容器化平台能够满足企业上云的各类场景需求。 多云编排 支持多云和混合云的统一集中管理，提供跨云资源检索及跨云的应用部署、发布和运 维能力，实现多云应用高效管控，提供基于集群资源的应用弹性扩缩，实现全局负载 均衡，具备故障恢复能力，有效解决多云应用灾备问题，助力企业构建多云、混合云 的数字基础设施。 涉及的模块：全局管理、容器管理、云原生网络、云原生存储、信创异构 间件高 I/O 的存储需求，提升运 维管理效率。精选各类数据库、分布式消息和日志检索等中间件，提供多租户、部 署、观测、备份、运维操作等全生命周期的中 间件管理能力，实现数据服务的自助化 申请、弹性扩展、高并发处理和稳定高可用。 涉及的模块：全局管理、容器管理、云原生网络、云原生存储、精选中间件 版权 © 2023 DaoCloud 第 5 页 微服务治理 提供非侵

Kubernetes 使用日常 • 应用部署 • 集群扩容 • 组件升级 • … • 找出集群不正常工作的原因 : ( Kubernetes 典型异常 组件异常 • API Server Load Balancer 异常 • API Server Pod 异常 影响 • 通过 API Server 访问集群概率失败 • 升级集群失败 Load Balancer Service Kubernetes 典型异常 网络异常 • 安全组、路由表配置错误 • 节点防火墙软件等修改 iptables、内核参数 • 网络链路长，手动排查成本高 异常影响 • 应用间无法正常通信 • 集群内 Controller 无法正常工作 YUM 安装自动运维工具 自动安装依赖 firewalld 网络未知原因导致异常 Node Pod eth0 调用 iptables 增加阻断规则 运行模式 • 集群节点（DaemonSet /Standalong） 问题检测 • 硬件（CPU、内存、磁盘） • 操作系统（ NTP、内核死锁、文件系统异常） • Container Runtime（无响应） 问题上报 • API server • Prometheus node-problem-detector Sonobuoy 运行模式 • 集群节点（Collector

多地域多可用区的容灾设计 • 管理机挂掉：对应用无影响 • 计算节点挂掉：跨机迁移 • 健康探针 ① 存活探针 ② 就绪探针 • 负载均衡 • 重启机制 ① 区分异常原因 ② 本地重启/跨机重启 • 黑名单机制 • 集群核心数据的备份和恢复 ① Etcd ② 核心数据库 • 云盘机制保护应用数据 • 举例：1.4升级1.9版本 • Pod Hash发生变化 • Container名称发生变化，点分隔改为了下划线分隔 企业内部各个集群灰度运营。 可靠 资源管 理 CPU Memory Disk Space Network TX Network RX Disk IO (include buffer IO) GPU 背景：广告业务，8个集群，4个在线集群，4个离线集群， 分布在四个地区：北京、天津、成都、深圳。 需求：减少机器，降低成本。 手段：在线离线集群做合并。 问题 Image Distribution System for Docker Platform》 2017 IEEE 2nd International Workshops on FASW 安全 能力扩展：弹性伸缩 Pod Pod Pod 微服务/通用服 务 Autoscaler controller prometheus Metrics-server APP弹性伸缩： • 主动扩缩容